水泥助磨剂的作用机理

水泥助磨剂的作用机理（周强端2016）

助磨剂是一类化学外加剂，在水泥的粉磨过程中掺入少量或微量的这种物质即可提高粉磨效率。助磨剂的作用就是消除或降低阻碍粉磨工作正常进行出现的现象：水泥细颗粒粘附在研磨介质、部件所形成的包裹层及覆盖层。

水泥颗粒聚积为大颗粒，这种现象属于宏观方面的。微观方面的现象即颗粒受外力作用产生的裂缝重新愈合等。分析产生这种现象的因素有以下几点：①粉磨产生的水泥细颗粒吸附一层空气薄膜，每个单独的颗粒都是这样的。这层薄膜可能有阻止这些颗粒结合的倾向，当这层薄膜被破坏之后，这些颗粒通过吸附而结合聚积。②固体表面上的原子或原子团的价键可能是不完全饱和的，因而在固体表面上形成不均匀场而形成表面能力。③静电：磨机内的细微颗粒在粉磨力周期性作用下，产生游离电荷或自由价键，使颗粒带有正负电荷。④在磨机操作过程中，物料及其温度、研磨介质及部件表面的粗糙程度会使包层、聚积的形成加剧。一般情况下，随物料温度的升高而增加；脱水石膏引起包层的形成；表面粗糙的易吸附；水泥细微颗粒的水化反应形成包层等。⑤粉磨极限时，物料达到质量均匀状态，难以进一步粉磨细；粉磨达到一定程度，如很强的过粉磨情况出现，颗粒的二次结合引起的颗粒团聚、聚集。⑥机械外力冲击：压迫对颗粒层进行夯实。研磨体相互之间及其对衬板之间的重建、压迫中，颗粒粘附在研磨体、衬板上不能及时脱离离开时，物料颗粒被撞击挤压在一起，被压实在研磨体和衬板的表面上。

粉磨过程中出现的包层、聚集现象降低粉磨效率，致使产量下降，电耗上升，甚至水泥的性能受到影响，为此人们根据产生现象的原因，有针对性地选择相应的化学物质，在粉磨的过程中适量加入来起到助磨剂作用，改善粉磨。助磨剂能够改善粉磨的作用机理是什么的？

1、助磨剂的作用机理的若干观点

关于助磨剂的作用机理，国外做过长时间的研究，形成多种观点的学说，今年国内在研究实践助磨剂的工作中，也提出几种观点。国内外的各种学说都有一定的道理，从不同角度解释加入助磨剂后产生的粉磨现象，由此得到有益的结论。这些学说或观点推动并引发助磨剂产业的发展和进步，它自然成为认识助磨剂助磨作用的金钥匙，也成为揭开助磨剂助磨作用的法宝，还成为生产选择使用助磨剂的理论基础。

国内外较为知名和有影响力的专家学者及其观点学说有：合肥水泥工业研究设计院朱宪伯、吕忠亚、张正峰提出的“薄膜假说”。盐城工学院蔡安兰、南京工业大学江朝华的“中和未饱和电价键，防止聚集，提高粉磨速度、流动性”的观点（笔者简化为流动性观点）。华南理工大学卢迪芬、魏诗榴的“平衡颗粒表面过剩价键、降低颗粒表面能”的观点（笔者简化为表面能观点）。

广西大学陈益兰、华南理工大学魏诗榴的“粉磨初期降低颗粒表面能，扩大裂缝并阻止裂缝愈合”到“粉磨中后期分散作用阻止聚集”的观点（简化为减硬—防聚分阶段粉磨的观点）。其他还有安徽理工大窦彦彬、徐国财的“粉碎过程是分散与聚合的可逆反应”的观点。王文义、冯方波、窦兆祥、崔文刚的“表面吸附现象”的观点，合肥水泥工业研究设计院何宏涛、魏兆锋的“润湿作用、吸附作用

和反粘附效应”的论述，特别要指出的是中国矿业大学（北京）王栋民教授的高分子助磨剂的机理。国外助磨剂理论的代表人物是(Rehbinder)列宾捷尔和（Mardulier）马杜里。列宾捷尔的学说是强度理论（或称吸附降低强度学说、强度削弱理论）。马杜里的学说是分散理论（或称颗粒分散理论、粉体流变学说）。后者是前者理论的补充。

1.1薄膜假说

用作助磨剂的表面活性分子，在磨细的颗粒表面形成一单分子吸附薄膜，从而减少了细颗粒间的聚集及细颗粒与研磨介质何部件间的粘糊，提高了粉磨效率。根据薄膜假说，随着水泥比表面积的增加，形成单分子吸附薄膜的助磨剂用量增加，即水泥磨得越细，所需助磨剂的用量越多。对于同类型的助磨剂，分子量和密度越小，则形成单分子吸附膜所需要的量就越小，或者说是在掺量相同时，其助磨作用就越强，因此可以用分子量与密度乘积的倒数来衡量判断同类性质助磨剂助磨作用的大小；一般情况下，使用非离子型表面活性剂的助磨作用好于离子型（包括阴离子型和阳离子型等）表面活性剂，这是因为非离子型表面活性剂本身不带极性，没有选择性吸附的功能，不论细颗粒表面的不饱和价键的极性如何，均比阴、阳离子型表面活性剂更容易形成单分子吸收薄膜。在颗粒表面形成的单分子吸收薄膜，起润滑剂的作用，降低颗粒间的摩擦力（即粉体的内摩擦力），极大地改善了水泥的流动性，表现为磨内物料流速加快，休止角变小，这样就可以减少粉磨过程中大颗粒及小颗粒的数量，级配变窄趋于合理；水泥粉磨中，产品越细，表现为每个颗粒的表面积越小，（相同质量时，比表面积越大），就更容易形成完整的单分子薄膜，增强助磨作用，这就是助磨剂对高细水泥的助磨效果比非高细水泥更为显著的解释；物料种类不同，其特性也不同，表现为在颗粒表面的性质也是不同的，因而同一种助磨剂在颗粒表面形成的单分子薄膜的能也就不同，自然就导致同一助磨剂对不同种类的物料的助磨效果产生差异。目前，尽管对单分子薄膜的理论（假说）有待深入研究，如它的实际存在和性质，但用此来解释一些粉磨中的助磨作用，还是很有说服力的。

1.2颗粒流动性观点

助磨剂吸附颗粒表面而能减轻粘附包层，增加细掺量，提高粉磨效率：（1）助磨剂吸附于颗粒表面时，引起颗粒表面特性的许多变化，列宾捷尔发现当助磨剂存在时，物质的表面硬度以及强度发生了改变，随着物质表面吸附量的增加，耐磨力下降；在完全吸附时，耐磨能力最小。研磨是个表面现象，表面硬度的减小，无疑有助于这个过程的进行，故加入助磨剂后细度提高，细粉量增加。（2）随着粉磨过程的进行，由于各种力的影响，颗粒有团聚成较大颗粒的倾向。团聚的根源是粉碎所截断颗粒内部的共价键，大于水泥熟料而言，所涉及的就是Si-O 共价键和Ca-O间的离子键，由于后者的单键键能较小，颗粒的断裂首先是大量地发生在Ca-O离子键上，由于离子键的断裂，产生了电子密度的差异，断后两侧出现一系列交错的Ca2+和O2-的活性点。它们会彼此吸引，使断裂面趋于复合。助磨剂可以提供外来离子或分子去满足断开面上未饱和电价键，消除或减弱聚集的趋势、阻止断裂面的复合。没有了团聚，用于粉碎团聚起来的粒子的能量可以用粉碎单个颗粒，使颗粒达到更细的状态。引力减小，使得颗粒具有更好的分散性，从而使流动性增加，减少或防止了粘球、糊球现象，提高了粉碎效率。（3）在球磨机里，球和物料之间相互作用导致颗粒尺寸减小，因此粉磨速度和这种作用的频率和效率成正比。任何一种能够改进球和物料相互作用的频率和效率的方法都有助于粉磨。相互作用的频率受磨机速度、装球量、物料量和物料流速的影